JP2006326769A - Non-contact type measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、NC(数値制御)加工機やマシニングセンタをはじめとするワーク(加工対象物、測定対象物)の加工を自動制御によって行う自動制御型加工機とともに使用する光学式測定システム等の非接触式測定システムに関する。 The present invention is a non-contact method such as an optical measurement system used with an automatic control type processing machine that performs automatic processing of workpieces (processing objects, measurement objects) such as NC (numerical control) processing machines and machining centers. The present invention relates to a type measurement system.
従来から、NC加工機やマシニングセンタをはじめとして加工対象物の加工を自動制御によって行うようにした各種の自動制御型加工機が利用されている。前記自動制御型加工機においては、加工対象物を載置固定する加工用テーブルと、工具を取り付ける工具主軸を通る工具主軸位置に装着された加工用の工具を駆動する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドに装着される加工用工具を適宜選択して着脱する自動工具交換装置(ATC)とを備えている。
ATCは、複数の加工用の工具を収納する工具マガジンと、前記工具マガジンに収納された複数の加工用工具の中から加工に必要な工具を選択して、前記主軸ヘッドの工具主軸位置に着脱するアームとを備えている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various automatically controlled processing machines that use an automatic control to process a workpiece such as an NC processing machine and a machining center have been used. In the automatic control processing machine, a processing table for mounting and fixing a workpiece, a spindle head for driving a processing tool mounted at a tool spindle position passing through a tool spindle to which a tool is attached, and the spindle head And an automatic tool changer (ATC) for selecting and removing the processing tool to be attached to the machine.
The ATC selects a tool magazine for storing a plurality of machining tools and a tool necessary for machining from among a plurality of machining tools stored in the tool magazine, and is attached to and detached from the tool spindle position of the spindle head. Arm.
前記自動制御型加工機によって加工対象物を加工する場合、制御手段による自動制御によって、前記加工対象物を固定した加工用テーブルを水平方向(X軸方向及びY軸方向)に所定量ずつ移動させることによって加工対象物をX軸方向及びY軸方向に所定量ずつ移動させると共に、前記加工用テーブルの水平方向への移動に同期して前記主軸ヘッドを垂直方向(Z軸方向)に所定量ずつ移動させることにより、前記加工用工具を垂直方向に所定量ずつ移動させ、前記工具によって前記加工対象物の加工を行う。 When processing an object to be processed by the automatic control processing machine, the processing table to which the object to be processed is fixed is moved by a predetermined amount in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction) by automatic control by a control unit. Accordingly, the workpiece is moved by a predetermined amount in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the spindle head is moved in the vertical direction (Z-axis direction) by a predetermined amount in synchronization with the movement of the processing table in the horizontal direction. By moving, the processing tool is moved by a predetermined amount in the vertical direction, and the processing object is processed by the tool.
加工に用いる加工用工具を変更する場合は、ATCによって、主軸ベッドの工具主軸位置に取り付けられた加工用工具の脱着、前記取り外した加工用工具の前記工具マガジンへの収納、前記工具マガジンに収納されている複数の加工用工具の中から加工に使用する加工用工具の選択、選択した加工用工具の前記工具マガジンからの取り出し、取り出した加工用工具の前記工具主軸位置への装着を行う。これにより、加工機に対する加工用工具の交換が行われる。尚、前記加工用工具は、ATCによる装着及び脱着が可能なように、大きさや形状等が所定の規格によって定められたホルダ部に取り付けられている(特許文献1、2参照)。
When changing the machining tool used for machining, the ATC allows the machining tool attached to the spindle axis position of the spindle bed to be attached and detached, the removed machining tool to be stored in the tool magazine, and stored in the tool magazine. A machining tool to be used for machining is selected from a plurality of machining tools that have been selected, the selected machining tool is taken out from the tool magazine, and the taken machining tool is mounted on the tool spindle position. As a result, the processing tool is exchanged for the processing machine. The processing tool is attached to a holder portion whose size, shape, etc. are determined by a predetermined standard so that it can be attached and detached by ATC (see
加工対象物の加工途中や一応の加工処理が終了した時点で、加工対象物の形状等が所定値に加工されたか否かを測定する。
従来、加工対象物(測定する場合は測定対象物となる。)の測定においては、前記加工対象物を加工用テーブルに加工中の状態に固定しておくと共に、前記工具主軸位置に接触式のタッチセンサを装着し、前記タッチセンサを加工対象物表面に当接させ、その時の前記加工用テーブルの位置座標値(X座標値、Y座標値)や主軸ヘッドの位置(Z座標値)を読み、測定点の三次元座標を得ることによって測定対象物の形状測定を行うようにしている。
It is measured whether or not the shape or the like of the object to be processed has been processed to a predetermined value during the processing of the object to be processed or at the time of completion of the temporary processing.
Conventionally, in the measurement of a workpiece (when it is measured, it becomes a measurement subject), the workpiece is fixed to a machining table on a machining table, and the tool spindle position is contact-type. A touch sensor is mounted, the touch sensor is brought into contact with the surface of the workpiece, and the position coordinate value (X coordinate value, Y coordinate value) of the processing table and the position of the spindle head (Z coordinate value) at that time are read. The shape of the measurement object is measured by obtaining the three-dimensional coordinates of the measurement point.
接触式のタッチセンサを用いて測定するため、測定対象物表面に対して断続的な走査となうため、凹凸形状を有する測定対象物の詳細な測定が困難である。即ち、走査線上の形状測定は制約のある断続な点群測定となり、直接的な三次元形状測定は行えない。
また、測定対象物や切り粉との接触でタッチセンサが損傷する等して耐久性に問題があり、測定対象物表面に傷が発生する恐れがある。
また、タッチセンサの構造上、常に同じ方向から測定対象物に接触しなければならないため測定に制約が生じたり、又、高速での接触ができないため高速な測定が困難であるという問題がある。
Since measurement is performed using a contact-type touch sensor, scanning is intermittently performed on the surface of the measurement object, so that detailed measurement of the measurement object having an uneven shape is difficult. That is, the shape measurement on the scanning line is a limited intermittent point cloud measurement, and a direct three-dimensional shape measurement cannot be performed.
In addition, the touch sensor may be damaged due to contact with the measurement object or cutting powder, which may cause a problem in durability and may cause damage to the surface of the measurement object.
In addition, due to the structure of the touch sensor, it is necessary to always contact the measurement object from the same direction, so that there are restrictions on measurement, and high-speed measurement is difficult because high-speed contact is impossible.
また、耐振性、構造の複雑さ、ユーティリティ(電気系統、エアーなど)に関する電気的接続や機械的接続の制約から、ATCは使用できないため、タッチセンサの主軸ヘッドへの装着と脱着は手動で行なわざるを得なわざるをえず、測定作業が煩雑になるいという問題がある。
また、NC加工機の加工プログラムに準じて測定した場合は、加工目標値の差異(誤差)を測ることに限定されていた。
In addition, the ATC cannot be used due to restrictions on electrical connection and mechanical connection related to vibration resistance, structural complexity, and utilities (electric system, air, etc.), so the touch sensor must be manually attached to and detached from the spindle head. Inevitably, there is a problem that the measurement work becomes complicated.
Further, when the measurement is performed according to the machining program of the NC machine, it is limited to measuring a difference (error) in the machining target value.
前記問題点を解決する方法として、レーザ光線等の測定用光を用いて測定対象物の形状等を測定する光学式測定システムをはじめとする非接触式測定システムが考えられる。
前記非接触式測定システムでは、前記のような接触式の問題を解消することが可能である。
しかしながら、加工機とともに非接触式測定システムを使用した場合、加工時に使用する油が測定対象物に付着するため、前記測定対象物表面に形成された油膜によって測定誤差が生じるという問題がある。
As a method for solving the above problems, a non-contact measurement system such as an optical measurement system that measures the shape or the like of a measurement object using measurement light such as a laser beam can be considered.
In the non-contact type measurement system, it is possible to solve the contact type problem as described above.
However, when a non-contact type measurement system is used together with a processing machine, there is a problem that a measurement error occurs due to an oil film formed on the surface of the measurement object because oil used at the time of processing adheres to the measurement object.
図9は、測定対象物表面の油膜によって測定誤差が生じる様子を説明するための図である。図9において、三角測量方式によって測定対象物までの距離や形状等を測定する光学式測定装置91は、測定対象物94に対してレーザ光等の測定用光を出力する光源92、測定対象物94で反射した測定用光を検出するPSD(Position Sensitive Detector)等の光検出素子93を備えている。測定対象物94の表面上には油膜95が付着している。
FIG. 9 is a diagram for explaining how a measurement error occurs due to an oil film on the surface of the measurement object. In FIG. 9, an
光検出素子93で検出される位置をh1、光学式測定装置91の端部(受光レンズの配設位置)から光検出素子93までの距離をs、油膜の厚さをt、実際に測定される距離をH1、本来の距離(光学式測定装置91の投光レンズの配設位置から測定対象物表面までの距離)と実測値H1との間の測定誤差をδとすると、次式が成立する。
δ=t(√(s2/(h12(n2−1)+n2s2))−1) ・・・(1)
The position detected by the light detection element 93 is h1, the distance from the end of the optical measurement device 91 (position of the light receiving lens) to the light detection element 93 is s, the thickness of the oil film is t, and the actual measurement is performed. If the measurement error between the measured distance H1 is H1, the original distance (the distance from the position where the light projection lens of the
δ = t (√ (s 2 / (h 1 2 (n 2 −1) + n 2 s 2 )) − 1) (1)
このように、油膜の厚さtと空気−切削油間の屈折率の影響を受け、散乱反射光は油膜がない場合に比べ、短い変位(距離)測定を行うことになる。即ち、実測値h1は本来の距離よりも測定誤差δだけ短くなってしまう。前記測定誤差δは、油膜の厚さに比例して大きくなる。
前記測定誤差δを抑制するために人手により布等で拭取ったり、脱脂したりして、測定対象物94に付着した油の影響を低減している。
In this way, under the influence of the oil film thickness t and the refractive index between the air and the cutting oil, the scattered reflected light is measured with a shorter displacement (distance) than when there is no oil film. That is, the actual measurement value h1 is shorter than the original distance by the measurement error δ. The measurement error δ increases in proportion to the thickness of the oil film.
In order to suppress the measurement error δ, the influence of oil adhering to the
この場合、付着油の除去作業が自動で行われず人手によるため、測定対象部位のみの拭取りが困難で、これに要する作業時間も冗長になり油膜厚さにムラが生じて、測定誤差を低減することができないばかりでなく、測定誤差がバラツク等の問題がある。
また、油膜には温度に依存する粘性力と粘着力、さらには表面張力および油膜の厚さと比重に依存する圧力などを受けて測定対象物への付着力を構成している。温度を上げて流動性を得て流すことは加工機の性格上困難である。したがって、油膜によって生じる測定誤差を低減することが困難という問題がある。
In this case, the operation to remove the attached oil is not performed automatically, and it is difficult to wipe only the part to be measured, and the work time required is redundant, resulting in uneven oil film thickness and reducing measurement errors. In addition to being unable to do so, there are problems such as variations in measurement error.
In addition, the oil film is subjected to a viscosity force and an adhesive force depending on the temperature, and also has a surface tension and a pressure depending on the thickness and specific gravity of the oil film to form an adhesion force to the measurement object. It is difficult to increase the temperature to obtain fluidity and flow it because of the nature of the processing machine. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce measurement errors caused by the oil film.
本発明は、油膜によって生じる測定誤差を抑制することを課題としている。 An object of the present invention is to suppress measurement errors caused by an oil film.
本発明によれば、自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物の形状を測定する非接触式の測定手段と、前記測定手段による測定対象物の測定点に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システムが提供される。
非接触式の測定手段は、自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物の形状を測定する。気体供給手段は、前記測定手段による測定対象物の測定点に気体流を供給し、測定対象物に油膜が付着している場合には前記気体流によって油膜厚が低減され、測定誤差が低減される。
According to the present invention, a non-contact type measurement unit that is attached to an automatic control type processing machine and measures the shape of a measurement object, and a gas supply unit that supplies a gas flow to a measurement point of the measurement object by the measurement unit; There is provided a non-contact measurement system.
The non-contact type measuring means is attached to the automatic control type processing machine and measures the shape of the measuring object. The gas supply means supplies a gas flow to the measurement point of the measurement object by the measurement means, and when the oil film adheres to the measurement object, the oil film thickness is reduced by the gas flow, and the measurement error is reduced. The
また、本発明によれば、自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物に測定用光を照射する光源と前記測定対象物からの測定用光を検出する光検出手段とを有する測定手段と、前記測定対象物表面における前記測定用光の光軸位置に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システムが提供される。
気体供給手段は、測定対象物表面における測定用光の光軸位置に気体流を供給する。測定手段は、その光源から測定対象物に測定用光を照射し、その光検出手段によって前記測定対象物からの測定用光を検出する。
In addition, according to the present invention, a measuring unit having a light source that is attached to the automatic control processing machine and irradiates the measuring object with the measuring light, and a light detecting unit that detects the measuring light from the measuring object, There is provided a non-contact type measurement system comprising gas supply means for supplying a gas flow to the optical axis position of the measurement light on the surface of the measurement object.
The gas supply means supplies a gas flow to the optical axis position of the measurement light on the surface of the measurement object. The measurement means irradiates measurement light from the light source to the measurement object, and the measurement light from the measurement object is detected by the light detection means.
ここで、前記気体供給手段は前記測定対象物に付着している油膜面に所定の空気流を供給することによって前記測定対象物に付着している油膜の油膜厚を低減し、前記光源は、前記空気流を供給した領域に前記測定用光を照射するように構成してもよい。
また、前記測定手段は、前記自動制御型加工機の工具主軸位置に設けられた工具取付部に係合可能なホルダ部を有し、前記工具取付部に装着、脱着が可能に構成されて成るように構成してもよい。
Here, the gas supply means reduces the oil film thickness of the oil film adhering to the measurement object by supplying a predetermined air flow to the oil film surface adhering to the measurement object, and the light source is You may comprise so that the said measurement light may be irradiated to the area | region which supplied the said airflow.
Further, the measuring means has a holder portion that can be engaged with a tool mounting portion provided at a tool spindle position of the automatic control type processing machine, and is configured to be attached to and detached from the tool mounting portion. You may comprise as follows.
本発明によれば、油膜によって生じる測定誤差を抑制することが可能になる。また、自動制御型加工機の工具主軸位置に、測定手段を容易に装着、脱着することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to suppress measurement errors caused by an oil film. Further, it is possible to easily attach and detach the measuring means to the tool spindle position of the automatic control type processing machine.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る非接触式測定システムについて説明する。尚、以下の各図において、同一部分には同一符号を付している。
図1、図2は、各々、本発明の実施の形態に係る非接触式測定システムの外観を示す正面図、側面図である。非接触式測定システムは測定対象物と測定装置とが接触しない状態(非接触状態)で測定を行うシステムであり、本実施の形態では、自動制御型加工機の一種であるNC(数値)制御型加工機とともに光学式測定装置を使用する光学式測定システムの例を挙げている。図3、図4は、各々、図1、図2の部分拡大図である。
Hereinafter, a non-contact measurement system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
1 and 2 are a front view and a side view, respectively, showing the external appearance of the non-contact measurement system according to the embodiment of the present invention. The non-contact type measurement system is a system that performs measurement in a state where the measurement object does not contact the measurement device (non-contact state), and in this embodiment, NC (numerical value) control, which is a type of automatic control type processing machine. An example of an optical measurement system that uses an optical measurement device together with a mold processing machine is given. 3 and 4 are partially enlarged views of FIGS. 1 and 2, respectively.
図1〜図4において、NC加工機1は、設置部としてのベッドフレーム14に設置されている。ベッドフレーム14は移動しない固定系であり、所定の基準位置である。
測定対象物(ワーク:加工時には加工対象物となり、測定時には測定対象物となる。)4は、NC加工機1の測定用可動テーブル2の上面に載置した状態で固定具3によって固定される。測定用テーブル2と隔てられた位置に、測定対象物4の加工を行うための加工用工具(例えば切削工具)5が装着される主軸ヘッド6が配設されている。
1 to 4, the NC
An object to be measured (a workpiece: a workpiece to be processed at the time of machining, and a workpiece to be measured at the time of measurement) 4 is fixed by the
主軸ヘッド6は、工具5を取り付ける軸である工具主軸19を通る所定位置(工具主軸位置)に工具5を装着する工具取付部24を有しており、工具主軸19方向(Z軸方向)に移動制御され、これにより、工具取付部24に装着された工具5を工具主軸19方向に直線的に移動させる。尚、詳細は図示していないが、主軸ヘッド6は、加工用工具5をZ軸方向(垂直方向)に直線的に送る機構と工具5に水平面(X軸とY軸を通る面)内で回転動作を与える機構を備えている。工具主軸19は加工用工具5が回転する回転軸となる。測定用光の光軸は工具主軸19に沿って通るように設けられている。
The
工具5は手動による主軸ヘッド6への装着及び主軸ヘッド6からの脱着が可能である。また、自動工具交換装置(ATC)7は、NC制御装置9の制御の下で、アーム17を用いて、加工用工具5を収納するための工具収納部である工具マガジン8からの工具5の取り出し、主軸ヘッド6への工具5の装着、主軸ヘッド6からの工具5の脱着、工具マガジン8への工具5の収納を行う機構を備えており、これにより、工具マガジン8に収納されている工具5の主軸ヘッド6への着脱を自動で行う。
The
測定用テーブル2のX軸及びY軸方向への移動制御、主軸ヘッド6のZ軸方向への移動制御、工具5の交換制御等、切削等の加工に係わるこれらの一連の制御は、NC制御装置9がその内部に記憶している加工用プログラムを実行することによって行われる。また、NC制御装置9は、測定対象物4の形状や加工誤差の測定を行う際に、測定用テーブル2の水平面内での移動制御、主軸ヘッド6のZ軸方向への移動制御等の制御も、その内部に記憶したプログラムを実行することによって行う。NC制御装置9は制御手段を構成している。
A series of these controls related to machining such as cutting, such as movement control of the measurement table 2 in the X-axis and Y-axis directions, movement control of the
工具マガジン8に格納可能に構成された光学式測定器18は、後述するように、加工用工具取付部24に係合可能なホルダ部を有しており、工具5と同様に、NC制御装置9がプログラムを実行することによって、ATC7により自動で主軸ヘッド6の工具取付部24に着脱できるように構成されている。
また、NC加工機1は、切削作業に適した潤滑機能、冷却機能、洗浄機能などを持つ切削油を、切削作業に使用中の工具5や測定対象物4に供給する切削油供給装置23を備えており、NC制御装置9はNCプログラムを実行することによって、切削油供給装置23を制御し、切削油供給装置23が供給する切削油の量等を調節する。
As will be described later, the optical measuring
The
光学式測定器18は、塵埃等から保護するためにカバー12で被われている。カバー12には、切り粉等から光学式測定器18を保護するために、工具主軸19を通るカバー12における位置に設けられた気体排出口13には、排出口13を開閉するためのシャッタ(図示せず)が設けられている。光学式測定器18を用いて測定する際には、前記シャッタが開かれ、油膜除去用の気体流や測定用光が通過できるように構成されている。
The optical measuring
気体供給手段としての気体供給装置(本実施の形態では空気供給装置)10は気体噴流(本実施の形態では空気噴流)を供給する。空気供給装置10には、供給する空気の圧力と流量が調整できる空気調整器20が備わっている。空気供給装置10からの空気流は、チューブ21、22及びカバー12の排出口13を介して、工具主軸19を含む領域から工具主軸19直下の測定対象物4表面に供給される。
A gas supply device (in this embodiment, an air supply device) 10 as a gas supply means supplies a gas jet (in this embodiment, an air jet). The
図5は、本実施の形態に係る光学式測定システムにおける気体(本実施の形態では空気)供給系統を示す図である。空気供給系統は、空気供給装置10、チューブ21、急速継手58、チューブ22、可変絞り59を備えている。空気供給装置10は空気調整器20を備えている。空気調整器20は、空気圧縮用モータ51、エアータンク52、止め弁53、方向切替弁54、フィルタ55、圧力調整弁(例えば、減圧弁)56、ルブリケータ57を備えている。空気供給装置10は、前記構成の空気調整器20によって、測定対象物4に供給する空気の圧力や流量を調整できるように構成されており、これにより所定の気体流が測定対象物4に供給される。
FIG. 5 is a diagram showing a gas (air in the present embodiment) supply system in the optical measurement system according to the present embodiment. The air supply system includes an
空気供給装置10の制御はNC制御装置9によって行うように構成することができる。この場合、NC制御装置9はNCプログラムを実行することによって、空気供給装置10の空気調整器20を制御し、空気供給装置が供給する空気の圧力や流量等を制御する。
空気供給装置10は、測定対象物4表面における測定用光の光軸位置に気体流の一種である空気流を供給する。これにより、空気供給装置10は測定対象物4に付着している油膜面に所定の空気流を供給することによって測定対象物4に付着している油膜の油膜厚を低減する。
尚、空気供給装置10は、切り粉除去用の空気供給装置を併用することが可能であり、この場合、油膜除去用の空気流は、切り粉除去用空気流供給回路をバイパスすることによって油膜除去用の空気供給回路を構成し、これによって油膜除去用の空気流を供給することが可能である。
The
The
The
図6、図7は、各々、光学式光測定手段であり又非接触式の測定手段である光学式測定器18の構成を示す正面図、左側面図である。
光学式測定器18は、加工用工具5の規格に準じた形状や寸法を有する装着部(ホルダ部)11と、ホルダ部11に一体的に装着され、光源を直交する面(水平面(X軸及びY軸を通る面)及び垂直面(Z軸を通る面)内で向きを変えるための方向変更手段を構成する方向変更機構40を有している。方向変更機構40は光学式測定器本体35を方向変更が可能な状態で保持しており、制御装置9に制御に応じて、内蔵のモータ(図示せず)により、光学式測定器本体35の向きを変える。
6 and 7 are a front view and a left side view, respectively, showing the configuration of the optical measuring
The optical measuring
ホルダ部11は、プルスタッド31、テーパ状(円錐台形状)のシャンク30、連結部であるストレートスピンドル32、円周状に設けられた溝部41を有しており、これらが一体となった構成である。
ATC7のアーム17はその両端に係合部としての1対のコ字形状部を有しており、溝部41とアーム17のコ字状部を係合することによって、ATC7で光学式測定器18を保持して、装着や脱着を行う。
The holder part 11 has a pull stud 31, a tapered (conical frustum-shaped)
The
シャンク30は主軸ヘッド6に設けられた工具取付用穴(図示せず)に係合する形状を有しており、前記係合により、ホルダ部11は主軸ヘッド6に装着される。
ホルダ部11は、工具5の規格に準じて用いられている公知の構成を採用することが可能である。
光学式測定器18は、ホルダ部11のシャンク30を主軸ヘッド6の工具装着用穴である工具取付部24に挿入して保持することにより、主軸ヘッド6の工具主軸19位置に装着される。光学式測定器18は保護のためにカバー12で被われる。
The
The holder 11 can employ a known configuration that is used according to the standard of the
The optical measuring
光学式測定器18の取付部であるホルダ部11(プルスタッド31、シャンク30及びストレートスピンドル32、溝41によって構成される。)の構成を工具5の規格にあうように構成しているため、工具と同じ様に取り扱って、工具と同じ装着位置である主軸ヘッド6の工具装着部に自動や手動で容易に取り付けることが可能になる。
尚、光学式測定器18に位置決め用の突起を設けると共に、主軸ヘッド6に対する光学式測定器18の装着時に前記突起が挿入される位置決め用の穴を主軸ヘッド6に設けるようにすることにより、光学式測定器18を主軸ヘッド6の所定位置に確実に装着することが可能になる。
Since the configuration of the holder portion 11 (configured by the pull stud 31, the
The optical measuring
光学式測定器18の主軸ヘッド6への装着、脱着は手動でも可能であるが、自動で行う場合には、ATC7によって工具5の着脱を行うのと同じようにして行う。即ち、ATC7により、両端に1対のコ字形状部を有するアーム17を水平面内で回転制御すると共に垂直方向に上下動制御することにより、工具マガジン8からの光学式測定器18の取り出し、主軸ヘッド6における工具主軸19位置への光学式測定器18の装着(例えば、主軸ヘッド6の前記工具取付部への装着)、光学式測定器18の主軸ヘッド6からの脱着、工具マガジン8への収納を行う。
The optical measuring
方向変更機構40は、水平面A内での光学式測定器本体35の回転量を測定するためのエンコーダを有する旋回機構33、垂直面B内での光学式測定器本体35の回転量(チルト角)を測定するためのエンコーダを有するチルト機構34を備えている。
チルト機構34は旋回機構33によって水平面A内で向きを変えるように制御される。チルト機構34には、光測定部としての光学式測定器本体35が、1対の回転軸38によって保持されている。光学式測定器本体35は、測定対象物に対して測定用光を出力する光源36及び前記測定用光を検出する光検出手段としての光検出素子37を有している。即ち、光学式測定器18は、NC加工機1に取り付けられ、測定対象物4に測定用光を照射する光源36と測定対象物4からの測定用光を検出する光検出素子37とを有している。
The
The tilt mechanism 34 is controlled by the
光源36としては、光軸15に沿って測定用光を出力可能なものであればよく、例えば、半導体レーザ以外にも赤外線発光ダイオード等の他の発光素子が使用可能である。光検出素子37は、例えば、PSD(Position Sensitive Detector)によって構成することが可能であり又、CCD(Charge Coupled Device)等も使用可能である。
旋回機構33は、制御装置9の制御量に応じた角度だけ光学式測定器本体35を水平面A内で回転させて、前記制御量に応じた角度だけ、水平面A内で少なくとも光源36の向きを変えるように制御する。チルト機構34は、制御装置9の制御量に応じた角度だけ光学式測定器本体35を垂直面内で回転させて、前記制御量に応じた角度だけ、垂直面B内で少なくとも光源36の向きを変えるように制御する。
光源36は、空気供給装置10が空気流を供給した領域に測定用光を照射する。これにより、空気供給装置10から供給される空気流によって油膜厚が低減した領域に測定用光が照射されることになる。
The
The
The
図8は、光学式測定器本体35を含む光学式測定装置60の回路ブロック図である。
図8において、光学式測定装置60として、三角測量方式によって測定対象物までの距離や形状等を測定するレーザ変位計の例を示している。レーザによって構成され測定用光を出力する光源36、光検出手段としての光検出素子37、光源36の発光制御及び光検出素子37の検出制御を行うと共に電気ケーブル39を介して制御装置9に接続された制御部61を備えている。光源36及び光検出素子37は光学式測定器18に搭載するように構成しているが、制御部61は必ずしも光学式測定器18内に搭載する必要はなく、例えば、加工機1から離れた所定の固定系に設置し、電気ケーブル39により、制御装置9、光源36、光検出素子37及び制御部61を電気的に接続するように構成してもよい。
FIG. 8 is a circuit block diagram of the
FIG. 8 shows an example of a laser displacement meter that measures the distance, shape, and the like to the measurement object by the triangulation method as the
制御部61は、算出手段として機能する場合には、制御装置9から現在の加工用テーブル2のX座標及びY座標を表すX座標値及びY座標値を受信し、受信した加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期して得られる光検出素子37で検出した測定用光(レーザ光)に基づいて測定対象物4の形状等を算出する。即ち、制御部61は、光検出素子37で検出した測定用光に基づいて対象物4における測定点の高さを算出し、該測定点のX座標値及びY座標値は、前記同期して制御装置9から受信した加工用テーブル2のX座標値及びY座標値とする。制御部61は、前記動作を繰り返すことによって測定対象物4の形状等を算出する。
When the control unit 61 functions as a calculation unit, the control unit 61 receives the X coordinate value and the Y coordinate value representing the X coordinate and the Y coordinate of the current machining table 2 from the
また、このとき、算出手段としての制御部61は、加工用テーブル2の移動方向を一の方向に移動させると共に、加工用テーブルのX座標値及びY座標値に同期する前記光検出手段で検出した測定用光に基づいて、測定対象物表面の2点間の断面形状を算出するようにしてもよい。
また、このとき、算出手段としての制御部61は、加工テーブルを折れ線状に複数の方向に移動させると共に、前記自動制御型加工機の加工用テーブルのX座標値及びY座標値に同期する前記光検出手段で検出した測定用光に基づいて、測定対象物表面における2点間の断面を複数組合せて構成した折れ線に沿う断面形状を算出するようにしてもよい。
At this time, the control unit 61 as the calculating means moves the moving direction of the machining table 2 in one direction and detects it by the light detecting means synchronized with the X coordinate value and the Y coordinate value of the machining table. Based on the measured light, the cross-sectional shape between two points on the surface of the measurement object may be calculated.
Further, at this time, the control unit 61 as the calculating means moves the machining table in a plurality of directions in a polygonal line, and synchronizes with the X coordinate value and the Y coordinate value of the machining table of the automatic control processing machine. Based on the measurement light detected by the light detection means, a cross-sectional shape along a broken line configured by combining a plurality of cross-sections between two points on the surface of the measurement object may be calculated.
また、制御部61は、他の算出手段として機能する場合には、加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期する加工時と同一の主軸ヘッド6の工具主軸19方向の移動量(即ち、所定の基準位置からの主軸ヘッド6の工具主軸19方向の移動量、あるいは、所定の基準位置からの光学式測定器18の工具主軸19方向の移動量)及び光検出素子37で検出した測定用光に基づいて測定対象物4の加工誤差を算出する。
即ち、制御部61は、光検出素子37で検出した測定用光に基づいて対象物4における測定点の高さを算出すると共に、該算出した測定点の高さから主軸ヘッド6の工具軸方向への移動量を差し引くことにより、この測定点における測定対象物4の加工誤差を算出する。加工誤差がない場合には、前記差は零となる。前記測定点のX座標値及びY座標値は、前記同期して制御装置9から受信した加工用テーブル2のX座標値及びY座標値である。制御部61は、前記動作を繰り返すことによって測定対象物4の加工誤差を算出する。
Further, when the control unit 61 functions as another calculation unit, the movement amount in the
That is, the control unit 61 calculates the height of the measurement point on the
また、制御部61は、更に他の算出手段として機能する場合には、制御装置9から現在の加工用テーブル2のX座標及びY座標を表すX座標値及びY座標値を受信し、受信した加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期して得られる光検出素子37で検出した測定用光(レーザ光)に基づいて測定対象物4の形状等を算出する。即ち、制御部61は、光検出素子37で検出した測定用光に基づいて対象物4における測定点の高さを算出し、該測定点のX座標値及びY座標値は、前記同期して制御装置9から受信した加工用テーブル2のX座標値及びY座標値とする。制御部61は、前記動作を繰り返すことによって測定対象物4の形状等を算出する。
Further, when the control unit 61 further functions as another calculation unit, the control unit 61 receives the X coordinate value and the Y coordinate value representing the X coordinate and the Y coordinate of the current processing table 2 from the
以上のように構成された光学式測定システムの動作を詳細に説明する。尚、加工用工具5を用いて測定対象物4の加工処理を行う動作は公知のため加工処理の動作説明は省略し、光学式測定器18を用いて、所定の加工処理を施した状態の測定対象物4の形状や加工誤差を測定する際の動作について説明する。
尚、ここでは光出射軸が測定対象物4に垂直入射する例について説明するが斜めに入射する場合についても同じである。
The operation of the optical measurement system configured as described above will be described in detail. In addition, since the operation | movement which processes the measuring
Here, an example in which the light emission axis is perpendicularly incident on the
測定対象物4の測定を行う場合、測定対象物4は加工作業時の状態のまま、テーブル2に固定しておく。この状態で、NC制御装置9の制御の下、ATC7により、アーム17を用いて、工具マガジン8に収納されている光学式測定器18を取り出して、主軸ヘッド6の工具装着用穴に取り付けることにより、加工工具5に代えて、光学式測定器18を工具主軸19位置の所定位置(本実施の形態では主軸ヘッド6の工具取付部)に装着する。その後、図1から図4に示すように、空気供給用チューブ21、22が取り付けられたカバー12を装着する。
When measuring the measuring
次に、制御装置9が空気供給装置10を制御して、空気供給装置10から所定の圧力、所定流量の所定の空気流を出力させる。空気供給装置10から出力された空気流16は、チューブ21、22を通り、工具主軸19を含む領域から工具主軸19直下の測定対象物4表面に供給される。
図9に示すように、測定対象物4の表面上に付着した油膜81の膜厚は、空気流16によって低減される。即ち、図9において、所定圧力の空気流16を測定対象物4にあてることにより、測定対象物4表面上の油膜が油膜厚t1に低減されている。
Next, the
As shown in FIG. 9, the film thickness of the
光源36は、測定対象物4の前記油膜厚が低減した領域(測定対象物4における工具主軸19上の領域)に前記測定用光を照射する。光検出素子37は測定対象物4で反射した測定用光を検出する。制御部61は、光検出素子37で検出した測定光に基づいて、測定対象物4における測定点の高さや測定対象物4の形状等を算出する。
NC加工機1の主軸ヘッド6を所定のZ軸方向位置に固定した状態(換言すれば、光学式測定器18の光源36を工具主軸19上における所定のZ軸座標位置に保持した状態)で、加工時の制御プログラムと同一の制御プログラムによって加工用テーブル2を加工時と同一の方向(X軸方向及びY軸方向)に移動制御して、測定時に測定対象物4を加工時と同一に移動させながら測定することにより、測定対象物4の三次元形状が測定できる。
The
In a state where the
この場合、テーブル2の現在のX座標値及びY座標値は制御装置9から光学式測定装置60に供給される。光学式測定装置60は、制御装置9によるテーブル2の移動制御に同期して、光源36から測定用レーザ光を出力すると共に、測定対象物4で反射してきた測定用光を光検出素子37で検出し、制御部61によって測定対象物4の形状を算出する。
このときの動作をさらに詳細に説明すると、光学式測定装置60の光源36から出射した測定用光は主軸19に沿って進行して測定対象物4に到達する。
In this case, the current X coordinate value and Y coordinate value of the table 2 are supplied from the
The operation at this time will be described in more detail. The measurement light emitted from the
光学式測定器18はATC7によってNC加工機1の主軸ヘッド6の主軸19位置に装着されており、光源36の出力光の光軸はNC加工機1の主軸19と一致している。
したがって、光学式測定器18から出射され測定用光は、その光軸がNC加工機1の主軸19と一致するようにして進行し、測定対象物4に照射される。測定対象物4で反射された測定用光は光学測定器37の光検出素子37で検出される。
The
Therefore, the measurement light emitted from the optical measuring
光学式測定装置60の制御部61は、制御装置9の移動制御によって随時変化する加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期して得られる光検出素子37で検出した測定用光に基づいて、測定対象物4の形状を算出する。即ち、光学式測定装置60が測定を行った測定点のX座標値、Y座標値(制御装置9から供給される座標値)、所定のZ座標(本実施の形態ではベッドフレーム14)を基準とする光学式測定装置60が測定した測定対象物4表面のZ座標値に基づいて、測定対象物4の形状を算出し、算出した結果は図示しない表示装置に表示する等して利用される。
The control unit 61 of the
測定対象物表面における2点間の断面形状を測定する場合には、NC加工機1の主軸ヘッド6を所定のZ軸座標位置に固定した状態で、制御装置9が加工用テーブル2をX軸方向やY軸方向等の一方向に移動制御しながら、これに同期して光学式測定装置60が測定用光によって測定対象物4を走査する。これにより、一方向への走査線で切断した被測定物4の断面形状が計測される。
When measuring the cross-sectional shape between two points on the surface of the measuring object, the
また、測定対象物表面における2点間の断面を複数組合せて構成した折れ線に沿う断面形状を測定する場合には、NC加工機1の主軸ヘッド6を所定のZ軸座標位置に固定した状態で、制御装置9が加工用テーブル2をX軸方向やY軸方向等の一方向に移動制御した後、他の一方向に移動制御することによって折れ線状に加工用テーブル2を移動制御させながら、これに同期して光学式測定装置60が測定用光によって測定対象物4を走査する。これにより、制御部61は、NC加工機1の加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期する前記光検出素子37で検出した測定用光に基づいて、測定対象物4表面の2点間の断面を複数組合せて構成した折れ線に沿う断面形状を算出する。
Moreover, when measuring the cross-sectional shape along the broken line formed by combining a plurality of cross-sections between two points on the surface of the measurement object, the
また、測定対象物4の加工誤差を測定する場合には、制御装置9が加工テーブル2及び主軸ヘッド6の移動制御を加工時と同一に行い、これに同期して、光学式測定装置60は、加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期する加工時と同一の主軸ヘッド6の移動量及び光検出素子37で検出した測定用光に基づいて、測定対象物4の加工誤差を算出する。
Further, when measuring the machining error of the measuring
即ち、制御装置9は、加工用テーブル2を加工時と同一方向に随時移動制御すると共に、これにあわせて主軸ヘッド6を加工時と同一のZ軸方向位置に随時移動制御する。光学式測定装置60の制御部61は、制御装置9の移動制御によって変化する加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期して得られる光検出素子37で検出した測定用光に基づいて測定対象物4の各測定点までの距離を測定し、該距離と主軸ヘッド6の主軸19方向への移動量とに基づいて加工誤差を算出する。
That is, the
このようにして、テーブル2及び主軸ヘッド6は、測定時に、加工時と同一の動きをするため、直接、各測定点における加工誤差量を算出することが可能になる。
尚、測定時に、加工用テーブル2及び主軸ヘッド6を加工時と同一に移動制御する一方で、光学式測定装置60の制御部61が、制御装置9の移動制御によって随時変化する加工用テーブル2のX座標値及びY座標値に同期して得られる光検出素子37で検出した測定用光に基づいて、測定対象物4の形状を算出するようにしてもよい。
In this way, the table 2 and the
During the measurement, the machining table 2 and the
これにより、制御装置9による一連の移動制御動作で、測定対象物4の形状や加工誤差を測定することが可能になる。
制御装置9は、この誤差量を、制御装置9が加工時に実行する加工プログラムに是正量として反映させて、該プログラムを修正して実行する。これにより、制御装置9は、測定対象物4の加工時に、加工誤差が少なくなるように、加工用テーブル2及び主軸ヘッド6の移動量を補正するようにして加工制御を行う。
測定後、空気供給装置10からの空気流供給を停止すると、切削油は拭い去ったものではないので、時間とともに切削油が測定点に戻ってきて、油膜の膜厚は平準化することになる。
Thereby, it becomes possible to measure the shape and processing error of the measuring
The
After the measurement, when the air flow supply from the
このように、測定用光の照射点を含む領域に空気流を適切に供給することによって照射点を含む領域の油膜膜厚を低減することにより、測定精度の低下を低減することが可能になる。
また、油膜が存在する場合には測定対象物4までの変位(距離)が真の距離よりも短く測定されるが、油膜の厚さが低減されることによってより真の値に近づくことになり、測定誤差が低減される。
また、測定精度の低下を抑えることが出来る上に、拭取らないので汚物の発生もなく、自動で行えることから作業者の負担が軽減される等の効果を奏する。
In this way, by reducing the oil film thickness in the region including the irradiation point by appropriately supplying the air flow to the region including the irradiation point of the measurement light, it is possible to reduce a decrease in measurement accuracy. .
In addition, when an oil film is present, the displacement (distance) to the
In addition, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy, and since there is no generation of filth because it is not wiped off, it can be performed automatically, thereby reducing the burden on the operator.
また、非接触で連続走査により測定対象物の形状等を測定することが可能であるため、損傷の恐れがなく又、直接的に凹凸形状の測定対象物4の三次元測定が可能になるほか、走査ライン上の断面形状測定や任意の2点間線上の断面形状測定や、折れ線に沿った断面形状測定が可能となる。
また、測定時に、加工用プログラムと同一のプログラムを用いてNC加工機1を作動させて、加工目標値との差異(誤差)を計測して、その結果を補正加工プログラムとして、加工誤差が小さくなるように前記加工用プログラムを補正するように活用できるほか、CADデータと測定データの差異の総和を最小にするべストフィッティングが可能になる。
Further, since it is possible to measure the shape or the like of the measurement object by non-contact continuous scanning, there is no risk of damage, and three-dimensional measurement of the
Further, at the time of measurement, the
また、光学式測定器18はATC7によって、自動制御で、工具マガジン8への収納、工具マガジン8からの取出し及び搬送が可能に構成されると共に、NC加工機1における主軸ヘッド6の工具主軸19位置に装着、脱着が可能に構成されているため、光学式測定器18を主軸19位置に容易に着脱することが可能である。
また、測定対象物4をNC加工機1から取り外すことなく、非接触で測定対象物4の三次元形状、任意断面形状等が、測定対象物4との干渉の障害なく計測することが可能になる。
In addition, the optical measuring
In addition, without removing the measuring
尚、前記各実施の形態では、自動制御型加工機として挙げたNC加工機1としては、立型や横型を問わず、NCフライス盤、マシニングセンタ、NC旋盤、NC放電加工機などの各種NC加工機が含まれる。
また、測定時の走査範囲は、NC加工プログラムに従う方法、プログラムによりエリア指定を行う方法、ティーチングによりエリア指定を行う方法、特殊エッジ検出のための斜め入射エリア指定等による方法が可能である。
In each of the above-described embodiments, the
The scanning range at the time of measurement can be a method according to the NC machining program, a method of specifying an area by the program, a method of specifying an area by teaching, or a method of specifying an oblique incident area for detecting a special edge.
また、光学測定器18は別途、ツールプリセッタに装着され、光学式測定器18自体の主軸と光源36の光軸とが一致されるように調整されると共に、光学式測定器18を加工機1に取り付けたときに、その主軸が工具主軸19に一致するように調整してもよい。
また、油膜が付着する測定対象物の測定に適用できるが、光学式測定器18や気体流供給用チューブ21、22は必ずしもNC加工機1に装着する必要はなく、工作機械1から離れた位置に配設して測定するように構成してもよい。
また、前記実施の形態として、レーザ光等を用いた光学式測定器を移用した例で説明したが、カメラ等を使用した光学式測定器を用いた光学式測定システム等の非接触式測定システムをはじめとして、超音波等を用いた非接触式測定システムに適用可能である。
The optical measuring
Moreover, although it can apply to the measurement of the measuring object to which an oil film adheres, the
In addition, as an example of the embodiment, an optical measuring instrument using a laser beam or the like has been transferred, but non-contact measurement such as an optical measuring system using an optical measuring instrument using a camera or the like. The system can be applied to non-contact measurement systems using ultrasonic waves and the like.
NCフライス盤、マシニングセンタ、NC旋盤、NC放電加工機等の各種自動制御型加工機とともに非接触式の測定手段を使用する非接触式測定システムに適用可能である。 The present invention can be applied to non-contact type measurement systems that use non-contact type measuring means together with various automatic control processing machines such as an NC milling machine, a machining center, an NC lathe, and an NC electric discharge machine.
1・・・自動制御型加工機としてのNC加工機
2・・・測定用テーブル
3・・・固定具
4・・・測定対象物
5・・・加工用具
6・・・主軸ヘッド
7・・・ATC
8・・・工具マガジン
9・・・制御手段としてのNC制御装置
10・・・気体供給手段としての空気供給装置
11・・・ホルダ部
12・・・カバー
13・・・気体排出口
14・・・ベッドフレーム
15・・・光軸
16・・・気体流としての空気流
17・・・アーム
18・・・光学式光測定手段であり又非接触式の測定手段である光学式測定器
19・・・工具主軸
20・・・空気調整器
21、22・・・チューブ
23・・・切削油供給装置
24・・・加工用工具取付部
30・・・シャンク
31・・・プルスタッド
32・・・ストレートスピンドル
33・・・方向変更機構を構成する旋回機構
34・・・方向変更機構を構成するチルト機構
35・・・光学式測定器本体
36・・・光源
37・・・光検出手段としての光検出素子
38・・・回転軸
39・・・電気ケーブル
40・・・方向変更機構
41・・・係合部としての溝部
51・・・空気圧縮用モータ
52・・・エアータンク
53・・・止め弁
54・・・切替弁
55・・・フィルタ
56・・・圧力調整弁
57・・・ルブリケータ
58・・・急速継手
59・・・可変絞り
60・・・光学式測定装置
61・・・算出手段としての制御部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記測定対象物表面における前記測定用光の光軸位置に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システム。 A measuring means attached to the automatic control type processing machine and having a light source for irradiating the measuring object with the measuring light and a light detecting means for detecting the measuring light from the measuring object;
A non-contact type measurement system comprising gas supply means for supplying a gas flow to an optical axis position of the measurement light on the surface of the measurement object.
前記光源は、前記空気流を供給した領域に前記測定用光を照射することを特徴とする請求項2記載の非接触式測定システム。 The gas supply means reduces the oil film thickness of the oil film adhering to the measurement object by supplying a predetermined air flow to the oil film surface adhering to the measurement object;
The non-contact measurement system according to claim 2, wherein the light source irradiates the measurement light to a region to which the air flow is supplied.
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